1317-61-9 / 納米四氧化三鐵的制備、改性

四氧化三鐵是一種常用的磁性材料，又稱氧化鐵黑，呈黑色或灰藍色。四氧化三鐵是一種鐵酸鹽，即Fe2+Fe3+（Fe3+O4）（即FeFe（FeO4）前面2+和3+代表鐵的價態）。在Fe3O4里，鐵顯兩種價態，一個鐵原子顯+2價，兩個鐵原子顯+3價，所以說四氧化三鐵可看成是由FeO與Fe2O3組成的化合物，而不能說是FeO與Fe2O3組成的混合物，它屬于純凈物。

四氧化三鐵硬度很大，具有磁性，可以看成是氧化亞鐵和氧化鐵組成的化合物，逆尖晶石型、立方晶系。在外磁場下能夠定向移動，粒徑在一定范圍之內具有超順磁性，以及在外加交變電磁場作用下能產生熱量等特性，其化學性能穩定，因而用途相當廣泛。

納米四氧化三鐵的制備方法

物理方法

物理方法制備納米微粒一般采用真空冷凝法、物理粉碎法、機械球磨法等。但是用物理方法制備的樣品一產品純度低、顆粒分布不均勻，易被氧化，且很難制備出 10nm 以下的納米微粒，所以在工業生產和試驗中很少被采納。

化學方法

化學方法主要有共沉淀法、溶膠 - 凝膠法、微乳液法、水解法、水熱法等。采用化學方法獲得的納米微粒的粒子一般質量較好，顆粒度較小，操作方法也較為容易，生產成本也較低，是目前研究、生產中主要采用的方法。

1、共沉淀法：

沉淀法是在包含兩種或兩種以上金屬離子的可溶性鹽溶液中 ， 加入適當的沉淀劑，使金屬離子均勻沉淀或結晶出來，再將沉淀物脫水或熱分解而制得納米微粉。

2、溶膠-凝膠法：

溶膠 - 凝膠方法 (Sol - Gel) 是日本科學家發展起來的一種液相制備單分散金屬氧化物顆粒的新工藝。

3、微乳液法：

微乳液是由油、水、表面活性劑有時存在助表面活性劑組成的透明、各向同性、低黏度的熱力學穩定體系 ， 其中不溶于水的非極性物質作為分散介質,反應物水溶液為分散相 ， 表面活性劑為乳化劑 ， 形成油包水型或水包油微乳液。

4、水熱法：

水熱法是在密閉高壓釜內的高溫、高壓反應環境中 ， 采用水作為反應介質，使通常難溶或不溶的前驅體溶解 ， 從而使其反應結晶的一種方法。

納米Fe3O4 粒子的表面改性

由于制備的Fe3O4粒子容易團聚、容易被氧化，或者在某些方面不夠完善，在使用時需對其表面進行改性，有目的地改變粒子表面的物理化學性質，如表面化學結構、表面疏水性、化學吸附和反應特性等。常用的表面改性方法如下：

表面化學改性法：

利用表面化學方法，如有機物分子中的官能團在Fe3O4粒子表面的吸附或化學反應對粒子表面進行局部包覆使其表面有機化，從而達到表面改性，這是目前Fe3O4粒子表面改性的主要方法。表面化學改性所用的表面改性劑多為陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑和帶有官能團的有機聚合物。如油酸、月桂酸、十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉等陰離子表面活性劑。

沉淀反應改性法：

沉淀反應改性是指通過無機化合物在Fe3O4粒子表面進行沉淀反應形成包覆層，從而改善其抗氧化性、分散性等。對共沉淀得到的Fe3O4納米粒子在硅酸鈉溶液中進行酸化處理，獲得了表面包覆SiO2層的核殼結構的磁性粒子。由于SiO2的位阻作用，限制了Fe3O4微晶的團聚和繼續生長，使Fe3O4核分散在產物中保持較小的晶粒尺寸，包覆產物表現出超順磁性，同時提高了磁性組分的耐候性。

溶膠-凝膠法改性：

溶膠-凝膠過程指無機前驅體通過各種反應形成三維網狀結構。SiO2是溶膠-凝膠法改性Fe3O4中應用最為廣泛的一種調節表面和界面性質的表面修飾劑。該方法通常是采用正硅酸乙酯為原料，通過優化水解條件在Fe3O4粒子表面包覆一層SiO2，提高Fe3O4粒子的穩定性。

靜電自組裝改性：

靜電自組裝，又稱層層自組裝或逐層自組裝，是近年來出現的一種新型的粒子自組裝的方法，它為合成新型、穩定和功能化的核殼式微球提供了新的選擇，并且技術簡便易行，無須特殊裝置，通常以水為溶劑。因此，備受國內外研究學者的關注。

納米四氧化三鐵的應用

當四氧化三鐵的尺寸降至納米量級時，由于納米粒子的小尺寸效應、表面效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等的影響，使其具有不同于常規體相材料的特殊的磁性質。這也使其在工業、生物醫藥等領域有著特殊的應用。